專利名稱:一種基于cuda的高性能isar信號處理裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，包括主控管理單元、實時控制單元、信號處理單元、數(shù)據(jù)處理單元、天線單元、頻綜單元、下變頻器、多普勒參數(shù)估計單元、距離校正函數(shù)計算單元和顯示輸出單元。本實用新型所達到的有益效果：在工作的整個過程中，主控管理單元只進行流程邏輯控制和硬件協(xié)調(diào)工作，以及控制數(shù)據(jù)的傳輸和各個處理單元的協(xié)同工作，這樣就大大減輕了主控管理單元的負擔，提高了運算效率。整個裝置將傳統(tǒng)ISAR成像結(jié)合目前的研究熱點CUDA，通過采用流水線并行處理的思想，將ISAR信號處理過程模塊化，并分解為多通道并行處理，放到CUDA運算平臺上執(zhí)行，并通過高速數(shù)據(jù)傳輸通道傳輸計算結(jié)果，大大地提高了處理速度。
【專利說明】一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，屬于成像雷達信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]ISAR是SAR雷達的一種工作模式，其原理與SAR相同，但ISAR可以對運動目標成像，雷達本身即可以是靜止的也可以裝載在飛機或?qū)椛希菍AR雷達的一種強有力的擴充，因此ISAR信號處理也備受人們關(guān)注。傳統(tǒng)SAR雷達信號處理算法已經(jīng)有許多較為高效的算法，針對這些算法的SAR信號處理平臺也已有了廣泛的應(yīng)用。然而ISAR信號處理涉及比SAR更復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，特別是雷達與目標都處于運動狀態(tài)的時候，雷達相對于目標的運動軌跡更為復(fù)雜，所以ISAR成像算法對于雷達信號處理平臺也提出了更高的要求。即使目前已經(jīng)針對不同用途的SAR雷達信號開發(fā)了許多基于FPGA和DSP的高效計算平臺，但是其運算速度還未達到高精度實時成像，圖像處理與分析等仍需要后續(xù)處理。因此高效快速的ISAR信號處理平臺成為了 SAR雷達應(yīng)用領(lǐng)域里亟需提高的部分。
實用新型內(nèi)容
[0003]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于提供一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，可以減輕SAR信號主處理控制系統(tǒng)的負擔，降低SAR信號處理系統(tǒng)的處理難度，有效解決SAR信號處理實時性與高精度需求的矛盾。
[0004]為了實現(xiàn)上述目標，本實用新型采用如下的技術(shù)方案:
[0005]一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，包括實時控制單元、參數(shù)管理單元以及依次連接的天線單元、頻綜單元、下變頻器、信號處理單元、數(shù)據(jù)處理單元、主控管理單元和顯示輸出單元；所述信號處理單元內(nèi)部包括有多普勒參數(shù)估計單元和距離校正函數(shù)計算單元；所述主控管理單元通過光纖網(wǎng)絡(luò)與其他模塊均相連接；所述主控管理單元用于進行流程邏輯控制和硬件協(xié)調(diào)，以及控制數(shù)據(jù)的傳輸和各個處理單元的協(xié)同；所述實時控制單元用于接收主控管理單元的信號以及控制數(shù)據(jù)處理單元和信號處理單元的協(xié)同工作；所述參數(shù)管理單元用于單獨提供運動參數(shù)。
[0006]前述的一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，所述信號處理單元包括快時間維距離壓縮單元、距離徒動校正單元、慢時間維FFT處理單元和軸映射單元；所述快時間維處理單元包含一個FFT處理單元，用于完成距離像壓縮；所述距離徒動校正單元包含一組矢量乘法單元，用于完成SAR信號方位向的距離補償；所述慢時間維FFT處理單元包含一組FFT處理單元，用于完成方位向壓縮處理；所述軸映射單元用于將處理完成的SAR信號散射點映射到對應(yīng)的場景的距離和方位中。
[0007]前述的一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，所述數(shù)據(jù)處理單元用于接收信號處理單元的結(jié)果并進行合成分析，將分析結(jié)果返回實時控制單元；所述數(shù)據(jù)處理單元包括距離脈沖壓縮單元、距離插值單元、方位向壓縮處理單元、2DFFT共軛處理單元和2DIFFT處理單元；所述距離脈沖壓縮單元由一組FFT處理單元組成，用于方位向頻域變換；所述距離插值單元由一組矢量乘法器組成，用于完成距離維德線性相位數(shù)乘或者移位操作；所述方位向壓縮處理單元由一組FFT單元組成，用于完成方位向脈沖壓縮；所述2DFFT共軛處理單元用于完成點散射相應(yīng)數(shù)據(jù)的二維傅里葉變換，并對變換后的數(shù)據(jù)取共軛；所述2DIFFT處理單元包含一組矢量乘法器、兩組共軛處理單元和一組2DFFT處理單元，用于將方位向壓縮后的數(shù)據(jù)與點散射相應(yīng)的2DFFT后的數(shù)據(jù)相乘，并對相乘后的數(shù)據(jù)完成2DIFFT處理，得到場景的距離方位數(shù)據(jù)。
[0008]前述的一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，所述天線單元采用喇叭天線，用于接收ISAR回波信號。
[0009]前述的一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，所述頻綜單元包括鎖相環(huán)電路、晶振器、時鐘源和分路器；所述分路器將穩(wěn)定的本振信號傳送到各個工作單
J L.ο
[0010]前述的一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，所述下變頻器用于將ISAR信號源或天線接收到的ISAR信號下變頻到中頻，傳送給信號處理單元。
[0011]前述的一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，所述多普勒參數(shù)估計單元包括一個數(shù)乘器和一個加法器，通過參數(shù)管理單元提供的相關(guān)運動參數(shù)計算相應(yīng)的多普勒頻移。
[0012]前述的一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，所述距離校正函數(shù)計算單元由一個ROM存儲器和一個延時控制單元組成，通過參數(shù)管理單元提供的運動參數(shù)，生成各個方位角度上的距離校正函數(shù)。
[0013]前述的一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，所述顯示輸出單元接收最終成像結(jié)果信號并顯示為場景雷達圖像。
[0014]本實用新型所達到的有益效果:在工作的整個過程中，主控管理單元只進行流程邏輯控制和硬件協(xié)調(diào)工作，以及控制數(shù)據(jù)的傳輸和各個處理單元的協(xié)同工作，這樣就大大減輕了主控管理單元的負擔，提高了運算效率。整個裝置將傳統(tǒng)ISAR成像結(jié)合目前的研宄熱點CUDA，通過采用流水線并行處理的思想，將ISAR信號處理過程模塊化，并分解為多通道并行處理，放到CUDA運算平臺上執(zhí)行，并通過高速數(shù)據(jù)傳輸通道傳輸計算結(jié)果，大大地提高了處理速度。

【附圖說明】

[0015]圖1是本實用新型的連接關(guān)系示意圖。

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術(shù)方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。
[0017]本實用新型涉及的一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，包括實時控制單元、參數(shù)管理單元以及依次連接的天線單元、頻綜單元、下變頻器、信號處理單元、數(shù)據(jù)處理單元、主控管理單元和顯示輸出單元。參數(shù)管理單元用于單獨提供運動參數(shù)。
[0018]主控管理單元與其他模塊均相連接。
[0019]主控管理單元用于進行流程邏輯控制和硬件協(xié)調(diào)，以及控制數(shù)據(jù)的傳輸和各個處理單元的協(xié)同。
[0020]實時控制單元用于接收主控管理單元的信號以及控制數(shù)據(jù)處理單元和信號處理單元的協(xié)同工作。
[0021]信號處理單元包括快時間維距離壓縮單元、距離徒動校正單元、慢時間維FFT處理單元和軸映射單元?？鞎r間維處理單元包含一個FFT處理單元，用于完成距離像壓縮。距離徒動校正單元包含一組矢量乘法單元，用于完成SAR信號方位向的距離補償。慢時間維FFT處理單元包含一組FFT處理單元，用于完成方位向壓縮處理。軸映射單元用于將處理完成的SAR信號散射點映射到對應(yīng)的場景的距離和方位中。
[0022]數(shù)據(jù)處理單元用于接收信號處理單元的結(jié)果并進行合成分析，將分析結(jié)果返回實時控制單元。數(shù)據(jù)處理單元包括距離脈沖壓縮單元、距離插值單元、方位向壓縮處理單元、2DFFT共軛處理單元和2DIFFT處理單元。距離脈沖壓縮單元由一組FFT處理單元組成，用于方位向頻域變換。距離插值單元由一組矢量乘法器組成，用于完成距離維德線性相位數(shù)乘或者移位操作。方位向壓縮處理單元由一組FFT單元組成，用于完成方位向脈沖壓縮。2DFFT共軛處理單元用于完成點散射相應(yīng)數(shù)據(jù)的二維傅里葉變換，并對變換后的數(shù)據(jù)取共軛。2DIFFT處理單元包含一組矢量乘法器、兩組共軛處理單元和一組2DFFT處理單元，用于將方位向壓縮后的數(shù)據(jù)與點散射相應(yīng)的2DFFT后的數(shù)據(jù)相乘，并對相乘后的數(shù)據(jù)完成2DIFFT處理，得到場景的距離方位數(shù)據(jù)。
[0023]天線單元采用喇叭天線，用于接收ISAR回波信號。
[0024]頻綜單元包括鎖相環(huán)電路、晶振器、時鐘源和分路器。分路器將穩(wěn)定的本振信號傳送到各個工作單元。
[0025]下變頻器用于將ISAR信號源或天線接收到的ISAR信號下變頻到中頻，傳送給信號處理單元。
[0026]信號處理單元內(nèi)部包括有多普勒參數(shù)估計單元和距離校正函數(shù)計算單元。多普勒參數(shù)估計單元包括一個數(shù)乘器和一個加法器，通過參數(shù)管理單元提供的相關(guān)運動參數(shù)計算相應(yīng)的多普勒頻移。距離校正函數(shù)計算單元由一個ROM存儲器和一個延時控制單元組成，通過參數(shù)管理單元提供的運動參數(shù)，生成各個方位角度上的距離校正函數(shù)。
[0027]顯示輸出單元接收最終成像結(jié)果信號并顯示為場景雷達圖像。
[0028]整個裝置接收信號時的流程如下:信號從天線單元接收后經(jīng)過頻綜單元和下變頻器后進入信號處理單元，在信號處理單元內(nèi)部通過多普勒參數(shù)估計單元和距離校正函數(shù)計算單元計算后輸出到數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元分析后將最后結(jié)果發(fā)送給主控管理單元，最后顯示在顯示輸出單元。
[0029]在工作的整個過程中，本裝置只進行流程邏輯控制和硬件協(xié)調(diào)工作，以及控制數(shù)據(jù)的傳輸和各個處理單元的協(xié)同工作，這樣就大大減輕了主控管理單元的負擔，提高了運算效率。整個裝置將傳統(tǒng)ISAR成像結(jié)合目前的研宄熱點CUDA，通過采用流水線并行處理的思想，將ISAR信號處理過程模塊化，并分解為多通道并行處理，放到CUDA運算平臺上執(zhí)行，并通過高速數(shù)據(jù)傳輸通道傳輸計算結(jié)果，大大地提高了處理速度。
[0030]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，包括實時控制單元、參數(shù)管理單元以及依次連接的天線單元、頻綜單元、下變頻器、信號處理單元、數(shù)據(jù)處理單元、主控管理單元和顯示輸出單元；所述信號處理單元內(nèi)部包括有多普勒參數(shù)估計單元和距離校正函數(shù)計算單元；所述主控管理單元通過光纖網(wǎng)絡(luò)與其他模塊均相連接；所述主控管理單元用于進行流程邏輯控制和硬件協(xié)調(diào)，以及控制數(shù)據(jù)的傳輸和各個處理單元的協(xié)同；所述實時控制單元用于接收主控管理單元的信號以及控制數(shù)據(jù)處理單元和信號處理單元的協(xié)同工作；所述參數(shù)管理單元用于單獨提供運動參數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，所述信號處理單元包括快時間維距離壓縮單元、距離徒動校正單元、慢時間維FFT處理單元和軸映射單元；所述快時間維處理單元包含一個FFT處理單元，用于完成距離像壓縮；所述距離徒動校正單元包含一組矢量乘法單元，用于完成SAR信號方位向的距離補償；所述慢時間維FFT處理單元包含一組FFT處理單元，用于完成方位向壓縮處理；所述軸映射單元用于將處理完成的SAR信號散射點映射到對應(yīng)的場景的距離和方位中。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，所述數(shù)據(jù)處理單元用于接收信號處理單元的結(jié)果并進行合成分析，將分析結(jié)果返回實時控制單元；所述數(shù)據(jù)處理單元包括距離脈沖壓縮單元、距離插值單元、方位向壓縮處理單元、2DFFT共軛處理單元和2DIFFT處理單元；所述距離脈沖壓縮單元由一組FFT處理單元組成，用于方位向頻域變換；所述距離插值單元由一組矢量乘法器組成，用于完成距離維德線性相位數(shù)乘或者移位操作；所述方位向壓縮處理單元由一組FFT單元組成，用于完成方位向脈沖壓縮；所述2DFFT共軛處理單元用于完成點散射相應(yīng)數(shù)據(jù)的二維傅里葉變換，并對變換后的數(shù)據(jù)取共軛；所述2DIFFT處理單元包含一組矢量乘法器、兩組共軛處理單元和一組2DFFT處理單元，用于將方位向壓縮后的數(shù)據(jù)與點散射相應(yīng)的2DFFT后的數(shù)據(jù)相乘，并對相乘后的數(shù)據(jù)完成2DIFFT處理，得到場景的距離方位數(shù)據(jù)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，所述天線單元采用喇叭天線，用于接收ISAR回波信號。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，所述頻綜單元包括鎖相環(huán)電路、晶振器、時鐘源和分路器；所述分路器將穩(wěn)定的本振信號傳送到各個工作單元。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，所述下變頻器用于將ISAR信號源或天線接收到的ISAR信號下變頻到中頻，傳送給信號處理單J L.ο7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，所述多普勒參數(shù)估計單元包括一個數(shù)乘器和一個加法器，通過參數(shù)管理單元提供的相關(guān)運動參數(shù)計算相應(yīng)的多普勒頻移。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，所述距離校正函數(shù)計算單元由一個ROM存儲器和一個延時控制單元組成，通過參數(shù)管理單元提供的運動參數(shù)，生成各個方位角度上的距離校正函數(shù)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CUDA的高性能ISAR信號處理裝置，其特征是，所述顯示輸出單元接收最終成像結(jié)果信號并顯示為場景雷達圖像。
【文檔編號】G01S7-41GK204269820SQ201420781086
【發(fā)明者】朱海洋, 尹光, 王娟 [申請人]南京長峰航天電子科技有限公司